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DiAdriana

I danni del maltempo: incuria o calamità?

Una settimana col fiato sospeso e l’Italia in ginocchio per i danni dovuti al maltempo. Si parla di allerta meteo nazionale dato che sono state molte le regioni colpite dal catastrofico maltempo. I danni maggiori si contano in Lazio, Sicilia, Liguria e Campania.

Il governo si è già attivato stanziando dei fondi per le Regioni più colpite dall’ondata di maltempo che ha avvolto l’Italia questo lunedì. Il peggio, però, non sembra essere passato, ora a preccupare la Protezione Civile è l’anomalo livello del fiume Po che rischia di raggiungere un livello di criticità massimo ovvero il superamento della soglia 2. A Piacenza si contano già i primi danni dell’esondazione, il Po ha raggiunto i 6,50 metri e per precauzione alcune vie della città sono state completamente allagate e quindi chiuse al traffico.

Per fortuna questi dovrebbero essere gli ultimi strascichi della tremenda ondata di maltempo, è dunque annunciato un prossimo miglioramento delle condizioni climatiche del Nostro Paese. Una tregua che deve essere utile non solo a riprendersi dai disastri naturali accaduti in questa settimana, ma anche a riflettere quanto tutto ciò sia dovuto all’incuria amministrativa del territorio.

Dunque è possibile evitare lo straripamento di un fiume?

GESI: Operazioni di rilievo topografico del Canale Acquarotta

Premettendo che le catastrofi naturali non sono prevedibili e che dunque una percentuale di colpa non sia imputabile all’incuria amministrativa, è evidente però che l’entità dei danni ci fa pensare che oltre alla natura ci sia la mano dell’uomo dietro a tutto ciò. Il fiume ha bisogno di un proprio spazio, e la natura tende a riprendere gli spazi originari nei casi in cui l’uomo sia intervenuto cementando, costruendo e generalmente deviando i corsi d’acqua. Nelle regioni maggiormente colpite dalle abbondanti piogge si assiste sempre più frequentemente al fenomeno dell’urban flood.

Per le città costruite a ridosso di un fiume è di vitale importanza tenere in corretta manutenzione gli argini e sorvegliarli attentamente durante le piene.

La manutenzione regolare dei fiumi va fatta con criterio e, a proposito di ciò, ci piacerebbe sfatare qualche falso mito sulla pulizia degli alvei fluviali!

Tra gli interventi di gestione e manutenzione dei corsi d’acqua mirati a ridurre il rischio idraulico, vi è la pulizia degli alvei. Con questo termine si intende l’eliminazione della vegetazione che si forma naturalmente sulle golene, ai margini dell’alveo attivo: sembra quindi essere ormai radicata la convinzione che alberi, arbusti, erbe e piante acquatiche a margine dei corsi d’acqua sia considerata sporcizia da rimuovere. Ebbene questo comportamento è del tutto erroneo e vi spieghiamo perchè!

GESI CANALE BOTTARO

La presenza di vegetazione in golena rallenta il flusso delle acque che durante la piena possono trasformare le golene in invasi di emergenza.

La pulizia è necessaria e andrebbe fatta! Di frequente i tronchi di alberi caduti in alveo si incastrano nelle arcate dei ponti, ostruendoli e provocando l’esondazione del fiume tramite il fenomeno della strozzatura idraulica. Il rischio è reale e non si combatte eliminando la vegetazione: questo fenomeno deriva da processi franosi. La vegetazione limitrofa al fiume funge da barriera naturale e intercetta alcuni tronchi provenienti da frane.

Noi di GESI ci siamo spesso trovati ad eseguire rilievi topografici per la difesa del suolo in zone che ben conoscono i fenomeni di esondazione e rischio frane. Nel corso degli anni siamo stati più volte in prima linea in eventi di importanza nazionale, come quello dell’alluvione di Sarno. I nostri elaborati sono stati utilizzati per svariate opere di adeguamento di corsi d’acqua italiani come come il Canale Bottaro, il fiume Mingardo, il Canale Acquarotta, la diga di Persano, la diga di Muro Lucano e la diga di Cannamasca. Per quanto riguarda il fenomeno frane, i nostri rilievi topografici sono stati impiegati per la progettazione della messa in sicurezza di San Rufo, di Calia Casturi e di Chiaia di Luna.

Invitiamo ogni giorno amministratori, professionisti e amici a riflettere su quanto sia importante la manutenzione e il controllo dei fenomeni naturali: per quanto possano essere inevitabili alcuni danni naturali, si può sempre porre rimedio o mitigare gli incidenti con la giusta cura del territorio!

Per ulteriori informazioni vi rimandiamo all’opuscolo della Protezione Civile: ” Le buone pratiche per gestire il territorio e ridurre il rischio idrogeologico”.

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Come funziona il GPS

Il GPS è un sistema di posizionamento terrestre in grado di rilevare la posizione esatta di un punto nello spazio, questo sistema di rilevamento è stato progettato dal Ministero della Difesa Americano (DOD). Il GPS funziona attraverso 32 satellitii orbitanti, oltre ad alcuni di riserva. Tali orbite sono circolari su 6 piani orbitali paralleli inclinati di 55° rispetto al piano equatoriale, sono distanti circa 20 Km dalla terra. I satelliti compiono due rotazioni del pianeta al giorno.

Il sistema GPS è stato studiato cosicché, in ogni condizione meteorologica, da ogni punto della terra siano osservabili almeno 4 satelliti, necessari e sufficienti all’utilizzo del sistema.

Il GPS è operativo dal 1994 ma, ancora oggi vengono lanciati satelliti in orbita per mantenere sempre alto il numero di satelliti operativi.

Gran parte dei satelliti sono stati posizionati in orbita mediante il lancio di razzi (a perdere). Oltre ai satelliti, esistono anche 4 stazioni di controllo a terra fondamentali per il sistema, che altrimenti non funzionerebbe, perché tale sistema necessita di una costante verifica dello stato dei satelliti, e della correzione dei loro orologi atomici e della loro posizione orbitale. La manutenzione del sistema dunque è essenziale, infatti un’eventuale sospensione della stessa provocherebbe un decadimento del sistema nel giro di pochi giorni e la sua completa inutilità dopo circa 2 settimane.

Ciascun ricevitore GPS effettua queste operazioni:

  • Localizza 4 o più satelliti disponibili;
  • Calcola la distanza da ognuno dei satelliti (presumendo la velocità di propagazione delle onde radio costante);
  • Usa i dati ricevuti per calcolare la propria posizione mediante il processo di trilateriazione: essendo note le posizioni dei satelliti nello spazio e la distanza del ricevitore da ogni satellite, si ottiene una intersezione di 4 sfere che degenera in un punto a meno di un’accuratezza accettabile.

Ecco come avviene il processo di misurazione: ad un’ora prestabilita (supponiamo le 14:00) il satellite genera un codice (detto pseudo random code) e lo invia sulla terra. Sempre alle 14:00 anche il ricevitore GPS genera lo stesso identico codice per cui, quando il segnale dal satellite arriva a terra e viene letto dal ricevitore, che conosce l’orario di partenza del segnale e quindi è in grado di misurare quanto tempo ha impiegato il segnale per arrivare.
La distanza tra il satellite ed il ricevitore GPS viene ottenuta da quest’ultimo moltiplicando tale tempo per la velocità della luce (299.792 km/s) che è pari alla velocità di propagazione delle onde radio utilizzate per l’invio del segnale. Una volta ottenuta la distanza, il ricevitore sa di trovarsi su un punto della sfera che ha per raggio tale distanza e per centro la posizione del satellite. Ripetuta tale operazione per almeno quattro satelliti si ottiene una sfera per ciascun satellite. L’intersezione di tali sfere degenera in un punto a meno di un’accuratezza accettabile.

I ricevitori GPS di precisione hanno un preciso cronometro interno: un errore sul cronometro pari a 0,0000000001  secondi corrisponderebbe ad un errore di ben 3 centimetri sulla misurazione della sfera.
Gli orologi interni dei satelliti devono essere ancora più precisi in quanto una dissincronia influenzerebbe tutte le misurazioni nel mondo. Pertanto generalmente i satelliti ospitano ben quattro costosissimi orologi atomici del costo di circa 160.000 Euro, che sfruttano le oscillazioni degli atomi di cesio e rubidio e che garantiscono uno standard di precisione assoluto. Infatti la possibilità di errore è di un secondo ogni 30.000 anni.
Una curiosità di rilievo è la seguente: secondo la teoria della relatività, a causa della velocità relativa, i satelliti viaggiano nel futuro e quindi i loro orologi devono subire una correzione per essere sincronizzati con gli orologi di terra! Gli ingegneri progettisti, che non credevano nei viaggi nel tempo, inserirono sui primi satelliti due meccanismi di calcolo: uno che tenesse conto del fatto che i satelliti viaggiano nel futuro ed uno che ignorasse tale aspetto. Il risultato fu che, senza la correzione relativistica, il sistema GPS presentava calcoli errati. Quindi la teoria della relatività di Albert Einstein è stata confermata, tra le altre cose, anche dall’attuale funzionamento dei satelliti GPS.

Ma cosa succederebbe se il segnale arrivasse al ricevitore rimbalzando prima su altre superfici? La linea immaginaria che congiunge il satellite ed il ricevitore non sarebbe più rettilinea, presenterebbe dei punti di passaggio e pertanto il calcolo della distanza tra satellite e ricevitore verrebbe falsato, si tratta del fenomeno del Multipath al quale abbiamo dedicato un articolo.

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Come funziona la Stazione Totale

La stazione totale è strumento topografico utilizzato per il rilievo indiretto. Lo strumento è composto da un distanziometro elettronico, da un goniometro elettronico per la misurazione dell’angolo azimutale e da un secondo goniometro elettronico per la misurazione dell’angolo zenitale. Il calcolo dei dati immagazzinati in fase di campagna, vengono memorizzati attraverso un computer con interfaccia utente. La stazione totale, dunque, è in grado di rilevare la misurazione di angoli e distanze di una serie di punti e di determinarne l’esatta collocazione spaziale rispetto a un sistema di coordinate predefinito.

Per effettuare correttamente un rilievo con stazione totale, è necessario eseguire correttamente la fase di Stazionamento.

Lo stazionamento dermina fin dall’inizio la corretta misurazione dei punti, consiste nel posizionare la stazione totale sulla verticale di un punto materializzato solitamente con un chiodo assicurandola al treppiede tramite una vite di serraggio. Il fissaggio avviene a cavallo del punto con la testa in orizzontale tenendo allungate le gambe del treppiede momentaneamente libere per fissarle meglio nel terreno creando così la stabilità per procedere alla fase di rilievo. La stazione totale e il piombo laser vengono accesi. Quest’ultimo è composto da una luce laser rossa che mostra il punto sul quale lo strumento è a piombo, pertanto per un corretto stazionamento tale laser deve centrare il chiodo di stazione mentre lo strumento è perfettamente livellato. Verificato ciò lo strumento è posizionato ed è possibile configurare l’angolo zero su un riferimento (un altro chiodo di stazione ad esempio) tramite una operazione detta “azzeramento”.

La misurazione attraverso la Stazione Totale tiene conto degli angoli verticali, orrizzontali e della distanza inclinata e può essere esportata dallo strumento in coordinate Polari grezze o in coordinate Cartesiane. Nel primo caso il Topografo potrà intervenire autonomamente nella verifica degli errori e nella costruzione della poligonale, nel secondo caso ci si fiderà dello strumento e dei suoi software interni ed esterni.
Per una corretta misurazione angolare e lineare è necessario centrare ciascun punto con il cannocchiale fino a visualizzarlo esattamente sull’incrocio di linee corrispondenti al centro ottico dell’obiettivo.
La distanza viene rilevata grazie alla tecnologia Electronic Distance Measurement (EDM) integrata nella Stazione Totale. Questo sistema non fa altro che rilevare il tempo che impiega il raggio laser ad andare e tornare dal punto colpito al cannocchiale. Il dato viene memorizzato dallo strumento e contestualmente vengono mostrate tramite display le coordinate polari.
La misurazione con la Stazione Totale può avvenire attraverso due metodologie:
  • raggio infrarosso
  • raggio laser

Il rilievo attraverso il raggio infrarosso ha bisogno di un sistema riflettente; in questo caso per la misurazione viene utilizzato un prisma o un mini prisma per attenuare ulteriormente l’errore di rilevamento.

Il rilievo, invece, con raggio laser è un metodo adottato per rilevare punti difficilmente accessibili all’operatore, dato che non è necessario posizionare alcun sistema riflettente.

La Stazione Totale tradizionale negli ultimi tempi si è evoluta in Stazione Totale Motorizzata o Robotica. Tale strumento permette all’operatore di poter lavorare anche senza un partner dato che si occupa di mirare autonomamente il prisma in movimento. Inoltre tale strumento può anche attivare una procedura di ricerca a largo spettro, capace di riallinere il reticolo al prisma qualora lo perda totalmente. Una delle caratteristiche interessanti nell’uso della Stazioni Totale Motorizzata è l’autocentramento per la fase di azzeramento e di misura delle stazioni: tramite l’uso di questa caratteristica viene attenuato l’errore umano di centramento.

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Come nasce il DGPS?

Il GPS differenziale (DGPS) nasce per motivi di sicurezza, data l’eccessiva precisione raggiungibile dal sistema GPS fin dal suo esordio.

Il Dipartimento della Difesa Americano introdusse un sistema di degradazione intenzionale della precisione denominato Selective Availability, capace di fornire ai ricevitori non militari prestazioni ancora sufficienti per molte applicazioni di interesse pratico ma, sensibilmente inferiori a quelle teoriche. Dopo l’introduzione della SA, l’errore del sistema crebbe a livelli talmente alti da stimolare la ricerca di soluzioni per compensarlo.

Risultò presto chiaro che ciò sarebbe stato possibile con uno schema ingegnoso, detto GPS differenziale (DGPS), che richiede l’uso di almeno 2 ricevitori GPS.

Uno dei due ricevitori viene etichettato “Riferimento” (Reference) e posizionato per la durata delle operazioni su un punto fisso con coordinate note. L’altro ricevitore detto “Mobile” (Rover), è libero di muoversi.

Si presume che l’errore sia uguale per entrambi i ricevitori pertanto, conoscendone intensità e verso, possiamo calcolare le corrette posizioni del ricevitore Mobile.

Calcolare l’errore è estremamente facile: la posizione del GPS “Riferimento” è uguale alle coordinate reali più l’errore indotto, quindi conoscendo le coordinate reali con una semplice sottrazione si determina l’errore.

Sottraendo l’errore alle coordinate lette dal GPS “Mobile” otteniamo, anche su questo, le coordinate reali.

Questa procedura, non solo può essere usata per attenuare l’errore indotto dalla SA (oggi non più in funzione) ma, attenua anche errori fisiologici del sistema che è molto preciso ma non accurato.

Insomma, il sistema DGPS prevede il miglioramento delle performance del GPS tramite la trasmissione di un dato supplementare.
Tale dato supplementare può essere trasmesso da stazioni a terra o da Satellite. Le performance sono tanto migliori quanto più l’errore viene calcolato vicino al GPS “Mobile” in quanto la stazione di riferimento, in quel caso, condivide le stesse interferenze ambientali. Infatti uno degli errori è dato dal fatto che atmosfera e ionosfera, in base alla propria composizione, variano la velocità di propagazione delle onde radio ed inducono un errore.

I principali sistemi satellitari che implementano il concetto del GPS differenziale tramite dato supplementare inviato da Satellite sono l’americano WAAS (Wide Area AugmentationSystem), in servizio dal luglio 2003, e l’europeo EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service), entrato in fase finale di test. Anche il Giappone sta sviluppando un suo sistema assai simile denominato MSAS.

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Il fenomeno Multipath

Il fenomeno Multipath si verifica quando si effettua un rilievo GPS in prossimità di una superficie riflettente. In tal caso, parte del segnale satellitare giunge direttamente all’antenna al contrario, la restante parte raggiungerà l’antenna dopo un certo tempo in virtù della riflessione subita, dando così origine ad un errore di calcolo della posizione.
Questo fenomeno ovviamente degrada la qualità del segnale e fa sì che il calcolo del tempo di volo sia errato. Il Multipath, in città, è piuttosto frequente e si presenta attraverso il fenomeno del “canyoning”, ovvero “gole tra i palazzi”.
Questa problematica viene neutralizzata con le antenne choke-ring, particolari antenne dalla forma circolare, composte da anelli in serie, rivestiti spesso da una guarnizione protettiva.
Il design dell’antenna nasce presso il Jet Propulsion Laboratory, di cui la NASA ne è proprietario e, diretto dal California Institute of Technology.
Ad oggi, la migliore tecnologia è espressa dalla Leica che ha sviluppato una nuova choke ring per un tracciamento migliorato, un’eccellente simmetria del centro di fase e una soppressione del multipath senza eguali per tutte le frequenze GNSS.